195 1 년, 23 세의 젊은 유전학자 왓슨이 미국에서 캠브리지 대학에 박사후 과정을 갔을 때, 그의 진정한 의도는 DNA 의 분자 구조를 연구하는 것이었지만, 그의 교수형 프로젝트는 담배 꽃잎 바이러스를 연구하는 것이었다. 그보다 12 살 큰 크릭은 당시 박사 논문을 하고 있었다. 제목은' 다능과 단백질: 엑스레이 연구' 였다. 왓슨은 그와 사무실을 공유하는 크릭이 DNA 분자 모형을 연구하도록 설득했다. 그는 엑스레이 결정학에 대한 크릭의 지식이 필요하다.
195 1 년 10 월, 왓슨과 그의 동료 크릭이 모형을 맞추기 시작했고, 몇 번의 시도를 거쳐 마침내 1953 년 3 월에 정확한 모형을 얻었다. 왓슨의 자서전' 이중 나선' 으로 널리 알려져 있는 이 세 실험실이 어떻게 서로 경쟁할 수 있는지, 이 책은 전 세계를 휩쓸고 있다. 한 가지 논의할 만한 질문은 왓슨과 크릭이 윌킨스나 프랭클린과 같은 직접적인 실험 데이터를 가지고 있지 않고, 폴링만큼 풍부한 분자 모형 구축 경험 (두 사람 모두 처음으로 분자 모형을 구축한 경험) 이 없는 이유는 무엇입니까? 왓슨을 제외한 이 사람들은 유전학자가 아니라 물리학자나 화학자입니다. 윌킨스는 1950 년에 DNA 의 결정체 구조를 처음 연구했지만, 당시 DNA 가 세포에서의 역할에 대해 아무것도 몰랐습니다. 다만 195 1 그는 DNA 가 핵단백질 통제의 유전에 관여할 수 있다고 생각했다. 프랭클린도 생물학적 세포에서 DNA 의 중요성을 이해하지 못했다. 폴링의 DNA 분자에 대한 연구는 순전히 우연이다.
195 1 년 1 1 개월, 그는 미국 화학회 학보에서 핵산 구조에 관한 논문을 보았는데, 매우 우습다. 이 논문을 반박하기 위해 그는 DNA 분자 모형을 만들기 시작했다. 그는 DNA 분자를 유전 물질이 아닌 화합물로 연구했다. 이 두 연구팀은 결정체의 회절 패턴을 완전히 바탕으로 모델을 만들었습니다. 폴링은 1930 년대에 찍은 흐릿한 회절 사진까지 기반으로 했습니다. (윌리엄 셰익스피어, Northern Exposure (미국 TV 드라마), 과학명언) DNA 의 생물학적 기능을 이해하지 못하는 상태에서 단순히 결정체 회절 패턴에 따라 선택할 수 있는 가능성이 너무 많아 정확한 모형을 만들기가 어렵다. 왓슨은 195 1 캠브리지에 오기 전에 동위원소 표기를 통해 파지 DNA 를 추적하는 실험을 했고 DNA 가 유전물질이라고 굳게 믿었다. 그의 기억에 따르면 캠브리지에 도착했을 때, 그는 크릭도 "DNA 가 단백질보다 더 중요하다는 것을 아는 사람" 이라는 것을 발견했다. 하지만 크릭 자신에 따르면, 당시 그는 DNA 에 대해 많이 알지 못했고, 그것이 단백질보다 유전적으로 더 중요하다고 생각하지도 않았다. 그는 단지 DNA 가 핵단백질과 결합된 물질로 연구할 가치가 있다고 생각했을 뿐이다. 대학원생에게 알 수 없는 분자의 구조를 확정하는 것은 할 만한 일이다. DNA 가 유전 물질이라는 것을 확신하고 나면, 우리는 또한 유전 물질이 어떤 성질을 필요로 하는지 알아야 유전자의 역할을 발휘할 수 있다. 크릭, 윌킨스와 마찬가지로 왓슨도 나중에 슈뢰딩거의 "생명은 무엇인가?" 를 강조했다. 그는 심지어 시카고 대학에서 이 책을 읽은 후 유전자의 수수께끼를 풀기로 결심했다고 말했다. 만약 그것이 사실이라면, 왓슨이 인디애나 대학 대학원생을 신청할 때 왜 조류학을 신청했는지 이해하기 어렵다. 인디애나 대학교 동물학과에는 조류학 전공이 없기 때문에 왓슨은 원장의 건의에 따라 유전학 연구로 전향했다. 당시 위대한 유전학자 헤르만 뮐러는 공교롭게도 인디애나 대학의 교수였다. 왓슨은 뮐러의' 돌연변이와 유전자' 과정 (성적 A) 에 참가했을 뿐만 아니라 대학원생이 되는 것도 고려했다. 하지만 뮐러 연구의 초파리가 유전학에서 휘황찬란한시기를 보냈다고 생각합니다. 그래서 저는 박테리오파지의 유전학을 연구하는 SalvadorLuria 로 전향했습니다. 하지만 뮤러는 유전 물질이 자촉매, 이촉매, 돌연변이의 삼중 특징을 가져야 한다는 견해가 왓슨에게 큰 영향을 미쳤을 것이라고 생각한다. 왓슨과 크릭은 DNA 가 유전 물질이라고 굳게 믿고 유전 물질이 어떤 특징을 가져야 하는지 알기 때문에 이렇게 적은 데이터를 바탕으로 이렇게 위대한 발견을 할 수 있다.
그들이 의존하는 데이터는 세 가지뿐이다. 첫 번째는 당시 널리 알려졌던 DNA 는 디옥시리보, 인산, 네 개의 염기 (A, G, T, C) 라는 여섯 개의 작은 분자로 이루어져 있었다. 이 작은 분자들은 네 개의 뉴클레오티드를 구성하는데, 이 네 개의 뉴클레오티드는 DNA 를 형성한다. 두 번째 증거는 최신이다. 프랭클린이 얻은 회절 사진에 따르면 DNA 는 폭 20 에에 있는 두 개의 긴 사슬로 구성된 이중 나선 구조다. 세 번째 증거가 가장 중요합니다. 미국 생화학자인 엘빈 차고프는 DNA 의 분자 구성을 확정했고, DNA 중 네 가지 염기의 함량이 전통적으로 생각하는 것과 다르다는 것을 발견했다. 네 개의 염기는 종마다 함량이 다르지만 A 와 T 의 함량은 항상 같고 G 와 C 의 함량도 같다. 채가프는 일찍이 1950 에서 이 중요한 결과를 발표했지만, 이상하게도 DNA 분자 구조를 연구하는 세 실험실 모두 이 결과를 간과했다. 채가프가 195 1 년 봄에 캠브리지를 방문하고 왓슨과 크릭을 만난 후에도 왓슨과 크릭은 그의 결과에 거의 관심을 기울이지 않았다. 왓슨과 크릭은 결국 채가프비의 중요성을 깨닫고 캠브리지의 젊은 수학자 존 그리피스에게 A 가 T 를 끌어들이고, G 가 C 를 끌어들이고, A+T 의 폭이 G+C 의 폭과 같다는 것을 계산해 달라고 요청한 후, 그들은 곧 DNA 분자의 정확한 모델을 짜냈다.
왓슨과 크릭은 4 월 25 일 네이처 잡지에 그들의 발견을 발표했다. 1953, 1000 자를 넘어 삽화가 첨부되어 있다. 이 논문에서 왓슨과 크릭은 겸허한 어조로 이런 구조 모델의 유전적 중요성을 암시했다. "우리가 추측하는 특수한 짝짓기가 바로 유전 물질의 복제 메커니즘을 암시하는 것은 아니다." 이후 논문에서 왓슨과 크릭은 DNA 이중 나선 모델이 유전학 연구에 미치는 중요성을 상세히 설명했다. 우선 유전물질의 자기 복제를 설명할 수 있다. 반보수 복제' 라는 생각은 나중에 매튜 메셀슨과 프랭클린 W 스타르가 동위원소 추적 실험으로 확인됐다. 둘째, 유전 물질이 어떻게 유전 정보를 가지고 있는지 설명할 수 있다. 셋째, 유전자가 어떻게 변이하는지 설명할 수 있다. 유전자 돌연변이는 염기서열의 변화로 복제를 통해 보존될 수 있기 때문이다.
그러나 유전 물질의 네 번째 특징, 즉 유전 정보를 어떻게 표현해야 세포 활동을 통제할 수 있을까? 이런 모델은 해석할 수 없다. 왓슨과 크릭도 당시 DNA 가 어떻게 "세포에 매우 특별한 영향을 미칠 수 있는지" 모른다고 공개적으로 인정했다. 하지만 이때 유전자의 주요 기능은 단백질의 합성을 통제하는 것이다. 이것은 학문이 되었다. 그렇다면 유전자는 어떻게 단백질 합성을 제어합니까? DNA 를 템플릿으로 아미노산과 단백질을 직접 연결할 수 있습니까? 왓슨과 크릭이 DNA 이중 나선 모델을 제안한 후 얼마 동안 DNA 구조에서 서로 다른 염기쌍 사이에 서로 다른 모양의 다른 "구멍" 이 형성되어 이 구멍에 서로 다른 아미노산을 삽입하여 특정 서열을 가진 단백질을 형성할 수 있다고 가정했습니다. 그러나, 이 가정은 큰 문제에 직면해 있다: 염색체 DNA 는 세포핵에 존재하고, 대부분의 단백질은 세포질에 존재한다. 핵과 세포질은 큰 분자가 통과할 수 없는 핵막으로 분리되어 있다. 단백질이 DNA 에서 직접 합성된다면 단백질은 세포질에 들어갈 수 없다. 또 다른 핵산 RNA 는 주로 세포질에 존재한다. RNA 와 DNA 의 구성은 두 가지 차이점을 제외하고는 매우 비슷하다. 리보스는 있지만 디옥시리보는 없고, 우라실 (U) 은 있지만 흉선 (T) 은 없다. Watson 은 1952 가 DNA 이중 나선 모델을 제시하기 전에 유전 정보가 DNA 에서 RNA 로, RNA 에서 단백질로 전달된다고 가정했습니다. 왓슨은 1953 ~ 1954 기간 동안 이 문제를 더 깊이 생각했다. 그는 유전자 표현 과정에서 DNA 가 핵에서 세포질로 옮겨져 디옥시리보가 리보스로 변환되어 이중 체인 RNA 가 된 다음 염기쌍 사이의 구멍을 템플릿 합성 단백질로 이용한다고 생각한다. 이 괴상한 생각은 발표를 제출하기 전에 크릭에 의해 부결되었다. 크릭은 DNA 와 RNA 자체가 아미노산을 연결하는 템플릿 역할을 직접 할 수 없다고 지적했다. 유전 정보는 DNA 의 염기서열에만 반영되며, 염기서열과 아미노산을 연결하는 커넥터가 필요하다. 이 "커넥터 가설" 은 곧 실험에 의해 확인되었습니다.
65438 년부터 0958 년까지 크릭은 분자 유전학의 이론적 토대를 마련하는 두 가지 이론을 제시했다. 첫 번째 이론은 핵산의 특수성이 전적으로 염기서열에 의해 결정된다고 생각하는' 서열 가설' 이다. 염기서열은 특정 단백질의 아미노산 서열을 인코딩하고 단백질의 아미노산 서열은 단백질의 3 차원 구조를 결정한다. 두 번째 이론은' 중심 법칙' 이다. 유전 정보는 핵산에서 핵산으로, 핵산에서 단백질로만 전달될 수 있고, 단백질에서 단백질로, 단백질에서 단백질로 전달될 수 없다. 왓슨은 나중에 유전자 정보가 DNA 에서 RNA 로, 그리고 RNA 에서 단백질로 전달될 수 있다는 중심 규칙을 더 잘 표현했다. 그 결과 1970 에서 바이러스에 RNA 합성 DNA 의 역전사 현상이 발견되었다. 사람들은 중심 규칙을 수정해야 한다고 하는데, 만약 유전 정보를 추가하면 RNA 에서 DNA 로 옮길 수 있다고 한다. 사실, 크릭의 초기 말에 따르면, 중심 규칙을 수정할 필요가 없다.
염기서열은 아미노산을 어떻게 인코딩합니까? 크릭은 이 유전 코드를 해독하는 문제에도 큰 기여를 했다. 단백질을 구성하는 아미노산은 20 가지이지만 염기는 4 가지밖에 없다. 분명히, 염기가 아미노산을 인코딩하는 것은 불가능하다. 2 개의 염기가 아미노산을 인코딩하면 16 가지 조합 (4 의 2 차) 만 있으면 충분하지 않습니다. 따라서 적어도 세 개의 염기가 아미노산을 인코딩하는 반면, * * * 64 가지의 조합이 수요를 충족시켜 줍니다. 196 1 년, 크릭 등은' 파지 T4' 에서 단백질 중 하나의 아미노산 서열이 세 개의 염기 (코돈) 로 코드화되어 있다는 것을 증명했다. 같은 해에 두 명의 미국 분자 유전학자인 마샬 니런버그와 존 마트하이가 첫 번째 암호를 해독했다. 1966 까지 모든 64 개의 코돈 (합성 종료 신호 3 개 포함) 이 확인되었습니다. 코돈은 모든 생물이 같은 조상에서 유래했다는 증거 중 하나로 모든 생물에서 거의 같다. 그 이후로 인간은 유전의 수수께끼를 푸는 암호표를 가지고 있다.
DNA 이중 나선 모델 (중심 법칙 포함) 의 발견은 20 세기의 가장 중요한 과학적 발견 중 하나이며 생물학사에서 다윈 진화론과 비교할 수 있는 유일한 발견이다. 그것은 자연 선택과 함께 생물학의 큰 개념을 통일하여 분자 유전학의 탄생을 상징한다. 이 문은 유전학, 생화학, 생물물리학, 정보학의 새로운 학과를 융합하여 생물학의 모든 학과에 대한 연구를 주도하고 있다. 크릭, 윌킨스, 프랭클린, 왓슨, 특히 크릭이 가장 뛰어난 영웅인 크릭, 윌킨스, 프랭클린, 왓슨 등 많은 사람들이 함께 노력한 결과입니다.